Металорежещите машини – съвремие и бъдеще

Начало > Машини > Статии > Специален брой: Производство на детайли от метал и пластмаса > 15.06.2023

  • Сред основните технологични тенденции при металорежещите машини са нарастващата степен на автоматизация и интелигентност, модуларизацията в дизайна и миниатюризацията на системите за управление

  • Специализираните конфигурации за извършване на дадена технологична операция в редица фабрики отстъпват място на многофункционалните обработващи центри

  • Маркетолозите очакват значителен ръст до края на десетилетието и в приложенията на AI базирани технологии за мониторинг, диагностика и прогнозна поддръжка на металообработващото оборудване

 

Ако индустриалното производство днес, в разгара на четвъртата индустриална революция, е хиперавтоматизирано, супервисокотехнологично и ултрадигитализирано, то какви ли епитети биха ни били необходими да го опишем след година или след десет? Как ли биха изглеждали и функционирали в бъдеще металообработващите системи – основните градивни единици на съвременното машиностроене, които с всяко следващо поколение сякаш достигат пика на автоматизацията и дигитализацията и привидно няма накъде повече кардинално да се модернизират?

› Реклама

 

Не можем да не си задаваме всички тези въпроси, наблюдавайки динамичните процеси на технологична еволюция в производството на метални детайли и компоненти, които непрекъснато тестват границите на възможното. Макар “уравнението” на металорязането и в наши дни на теория да звучи относително просто – заготовка плюс дизайн плюс съответното оборудване и обработваща операция минус определено количество отнет материал е равно на готово изделие, практиката ни доказва, че към него могат да се добавят множество променливи и почти безкрайни възможности за оптимизиране на резултатите.

В настоящия обзорен материал ще разгледаме някои от водещите тенденции в сферата на металообработващите машини през 2023 г., както и част от най-интересните прогнози на експертите за развитието на иновациите в сегмента в следващите години.

 

Обработката с ЦПУ – отвъд границите

Механичната обработка с ЦПУ остава предпочитан метод за изработване на метални продукти с разнообразни приложения. С всяка следваща генерация машини обработката става все по-точна, гъвкава, ефективна и високоскоростна, за да отговори на непрекъснато нарастващите изисквания за качество, прецизност и устойчивост на изделията. Реципрочно нараства и търсенето на оборудване с ЦПУ, тъй като кръгът на съвременните му приложения се разширява непрекъснато и обхваща все повече отрасли. Сред основните технологични тенденции при металорежещите машини, които глобалните пазарни анализатори изтъкват, са мултифункционалните възможности, нарастващата степен на автоматизация и интелигентност, подобрената надеждност и енергийна ефективност, модуларизацията в дизайна и миниатюризацията на системите за управление.

Специализираните машини за извършване на дадена технологична операция в редица цехове отстъпват място на многофункционалните обработващи центри, които позволяват последователното и дори едновременно изпълнение на различни процеси, като фрезоване, пробиване, струговане, разстъргване, шлифоване, полиране с едно захващане и на една установка. Целта е получаване на максимално близко до крайния дизайн изделие без необходимост от трансфера му между отделни работни станции и машини, при който се губят ценно време и усилия. Модерните машини с ЦПУ са оборудвани с автоматизирани магазини с по над 100 инструмента, чиято смяна се случва буквално за секунди. Усъвършенстваните сензори и системи за управление им позволяват да обработват с изключително малки допуски и да произвеждат високоточни детайли с толеранси от само няколко микрометра или милионни от метъра.

Сериозно внимание в обзора на технологичните тенденции при металорежещите системи заслужава тяхната интелигентност или способността им да комуникират с останалите елементи на мрежово свързаната производствена платформа, самостоятелно да извършват мониторинг и диагностика (онлайн и офлайн) на процесите и автономно да вземат решения в хода на обработката, за да се елиминира необходимостта от намеса на оператор. Възможностите за регулиране на работните параметри в реално време в зависимост от моментните условия чрез технологии за адаптивно управление позволяват поддържане на оптимален режим на обработка с максимална прецизност и надеждност, по-високо качество на крайните повърхности, удължен живот на инструментите и многократно по-висока производствена ефективност.

Самодиагностиката и автономното отстраняване на проблеми от страна на машината са свързани с непрекъснато проследяване на статуса и работата на системата в цялост и нейните свързани умни елементи. За анализ на събраните от сензорите и IoT базираните устройства и компоненти данни все по-масово се използват платформи с изкуствен интелект (AI), които са способни самостоятелно да разрешат огромен процент от потенциалните проблеми – в зародиш или дори в прогнозен план.

Маркетолозите очакват значителен ръст до края на десетилетието в приложенията на AI базираните системи, предназначени за мащабни индустриални съоръжения. Тези инструменти позволяват гъвкаво и автоматизирано генериране и изпълнение в реално време на комплексни производствени програми за автономните и интелигентни обработващи машини. Технологии с изкуствен интелект се използват все по-масово и за мониторинг на програмите и процесите, за се елиминират рисковете от отклонения. Всяка индикация за предстоящ проблем, независимо от неговото естество, стартира паралелна диагностика, която може да го отстрани дори превантивно, без необходимост от продължителни престои на оборудването.

Сред най-популярните приложения на AI платформите в сегмента на металообработващата техника е именно прогнозната поддръжка, която предотвратява голям процент от потенциалните аварии, прекъсвания и ремонти и свързаните с тях разходи. Тази технология е ключова привилегия на модерното поколение металорежещи машини, от която техните предшественици само преди няколко десетилетия нямаха възможност да се възползват. Предвиждането на сблъсъци, износвания, откази или края на жизнения цикъл на даден компонент или инструмент пести на предприятията още ценно време и усилия, които могат да бъдат вложени в планиране и оптимизиране на бъдещето на производството вместо в коригиране на настоящето.

 

Пазарно развитие

Глобалният пазар на металорежещи и металообработващи машини, който се оценява на над 81 млрд. щатски долара към момента, се очаква да надхвърли 127 млрд. долара до 2030 г. Основни двигатели на този ръст са технологичното развитие в сегмента, възможностите за многоосна обработка и роботизираното обслужване, както и нарастващото търсене на прецизни метални изделия в редица отрасли.

Освен във функционалния инструментариум на оборудването множество нови разработки експертите отчитат и при инструменталната екипировка – материалите, геометриите и покритията. Използването на инструменти с диамантен връх например значително подобрява крайното качество на повърхностите и точността на обработваните с ЦПУ детайли, особено при работа с твърди и труднообработваеми метали като неръждаема стомана и титан. Множество иновации се наблюдават и при смазочно-охлаждащите течности от ново поколение, които оптимизират обработката чрез намаляване на генерираната топлина и износването, като в допълнение спомагат за по-високо качество на крайното изделие.

Друга водеща причина за ръста в продажбите на металообработващи машини в световен план през последните години са възможностите за интегриране на усъвършенстван софтуер и алгоритми за минимизиране на грешките, повишаване на ефективността и цялостно подобряване на обработващите процеси чрез адаптиране на настройките в реално време. Някои платформи в този сегмент могат автоматично да коригират и скоростта на подаване и рязане по време на работа, както и да променят динамично траекторията на режещия инструмент, за да сведат до минимум износването му и да увеличат експлоатационния му живот.

Сред най-ключовите за пазарния ръст в сегмента фактори са иновациите в софтуера за проектиране и програмиране. Използването на интерактивни CAD/CAM решения за автоматизирано конфигуриране и генериране на програми се превръща в “златен стандарт” в ЦПУ обработката. Те спомагат за допълнително повишаване на прецизността при производството на метални изделия, а едно от водещите предимства на софтуера от последно поколение са възможностите за дигитално симулиране на физически обекти и процеси във виртуална среда чрез технологията на цифровите двойници. Така могат бързо, лесно и без излишни разходи да бъдат тествани различни процеси и конфигурации, за да се постигнат оптимални резултати при качеството и рентабилността на крайните изделия. Важна полза от технологията са и възможностите за значителна икономия на ресурси суровини, които неизбежно биха били похабени при физическото изпробване на различни варианти в търсене на най-подходящия метод и стратегия. По-високата изчислителна мощ на машините и повишените скорости на обработка на данни на софтуерните платформи означават и по-бърза обратна връзка за оператора при разиграването на различни сценарии, за да не се губи дори “виртуално” време в процеса на симулация.

Ръстът в приложенията на многоосната обработка, при която е налице значително повишаване на ефективността, но и многократно по-висок риск от сблъсъци при едновременното манипулиране с няколко детайла, е друг важен двигател на ръста в приложенията на софтуера за компютърно асистирано проектиране и производство поради възможностите му да минимизира опасността от колизии, да съкрати работните цикли и да редуцира загубите на материали.

 

Нарастваща интеграция, автоматизация и роботизация

Автоматизацията и роботизацията безспорно са двете тенденции, които най-отчетливо дефинират хода на развитие на технологиите в сферата на металорежещите машини през последните десетилетия. Наред с това се наблюдава и повишено търсене на все по-интегрирани решения. Така металорежещите машини на настоящето от самостоятелни работни единици се превръщат в интегрални елементи от свързани и интелигентни производствени линии и екосистеми с възможности за централизирано управление и многопосочна комуникация в реално време.

В контекста на Industry 4.0 приложенията и IoT технологиите нараства ролята на данните в металообработката и машиностроенето. Сензорите и инструментите за анализ на големи информационни масиви позволяват на оборудването своевременно и автономно да променя работните си параметри не само с оглед на собствената си производителност, но и във връзка с цялостната ефективност на производствената система.

И ако данните са “езикът” на модерните металообработващи машини, то роботите вече неизменно са станали техни сръчни “крайници”. Възможностите за повишаване на степента на автоматизация на процесите при изработката на метални изделия чрез роботизирано обслужване – зареждане на заготовки, разтоварване на готовите детайли, смяна на инструментите и др., спомагат за значително намаляване на разходите за труд, пренасочване на ценен човешки ресурс към по-стратегически дейности, както и елиминиране на фактора на човешката грешка.

През последните години роботите се доказват не само като отлични асистенти на металорежещите машини, но и като високоефективни техни заместници при изпълнението на специализирани довършителни задачи като шлифоване, зачистване, полиране и т. н. Така инвестицията в роботизирано решение създава множество възможности за персонализиране и гъвкаво оползотворяване на наличния потенциал на оборудването според нуждите на приложението. Роботите могат лесно и бързо да бъдат препрограмирани, за да превключат към различен работен режим, продуктова програма или операция, когато приложението го изисква. Набиращите все по-голяма скорост в производството на метални изделия коботи позволяват високоефективна работа и в споделени с оператор работни пространства, както и удобна смяна на работната станция и предназначението на робота при необходимост.

В обзора на технологичните тенденции при металообработващите системи няма как да пропуснем и технологиите за виртуална и добавена реалност, които завършват концепцията не само за дигиталната и интелигентна машина на бъдещето, но и тези за иновативните цифровизирани работни места и “свързаните” служители. С приближаването към следващата, пета по ред и фокусирана върху колаборацията между човека и машината, индустриална революция, която все повече пазарни анализатори коментират, работниците, оборудването и средата могат да бъдат слети в единна виртуализирана и огледална на физическата реалност с помощта на AR и VR системи. Чрез тях взаимодействието на оператора с дигиталните двойници на действителните металорежещи машини става много по-лесно и интуитивно.

В хода на популяризирането на идеята за бъдещата индустриална метавселена този подход вероятно ще бъде използван не само за обучителни цели, симулация и прототипиране, но и като основна производствена стратегия.


Вижте още от Машини


Ключови думи: металорежещи машини, металообработващи машини, метални изделия, металообработка, Industry 4.0, IoT, метавселена



Редактор на статията:

Пепа Петрунова

Пепа Петрунова

Редактор

  • Завършва специалност "Журналистикa" в СУ "Св. Климент Охридски";

 

  • Заема длъжността редактор "Списания" от 2013 г.;

 

  • Разполага с над 15 години опит в разработването на оперативни материали и технически статии в широк кръг от тематични области.

 

Пепа Петрунова в LinkedIn

Новият Специален брой: Продукти и решения за енeргоспестяващо и устойчиво производство/2024

Специален брой: Продукти и решения за енeргоспестяващо  и устойчиво производство-2024

  ЧЕТЕТЕ БРОЯ ОНЛАЙН

ВСИЧКИ СТАТИИ | АРХИВ

Top